摘要： 龍溪水電站單機8000kW的立式機組，轉速1000r/min，對冷卻水的供應有特殊要求。原以水泵從尾水池中抽吸的供水方式使機組難以自如啟動、安全可靠運行。將白白流走的頂蓋排水接入冷卻水系統，以隧洞取水補充水量，開拓了常規電站輔助供水的新水源。實現自流供水，保證了機組冷卻、電站消防、生活用水的連續性和可靠性，節省運行費用，具有較顯著的經濟效益。
關鍵字： 龍溪水電站 輔助供水系統 技術改造
龍溪電站位于浙江省天臺縣龍溪鄉境內，集雨面積76km2，設計水頭234m，最高水頭271m，裝機容量2×8000kW，它不但在天臺縣電網中起主導作用，且為臺州電網擔負頂峰任務。
該站于1990年10月投入運行，不久即發現電站的輔助供水系統存在先天性缺陷。幾年來分步加以改造，取得較為顯著的效果，積累了較為成熟的經驗，現就此問題闡述如下。
1 輔助供水系統的原狀及存在的問題
所謂水電站的輔助供水系統即指除輸送供給水輪機運轉用水的主供水系統以外的其它供水系統。龍溪電站原輔助供水系統有機組冷卻供水系統、電站消防供水系統和廠區生活供水系統。
1.1 機組冷卻水供水系統
龍溪電站的BL100-LJ-100水輪機配SF1-K8000kW發電機機組，額定轉速為1000r/min，這檔轉速是立式機組的極限最高額定轉速，因此其推力瓦的冷卻方式與1000r/min以下轉速的機組推力瓦的冷卻方式具有本質上的區別。低轉速的機組是讓潤滑油與冷卻器的銅管外壁接觸，潤滑油在推力瓦和鏡板間摩擦所得來熱量傳給銅管，源源不斷地通過銅管的冷卻水把熱量帶走。而龍溪電站的機組因轉速高，水推力大，推力瓦與鏡板間油膜所產生的熱量也大，一般的冷卻器降低油溫的方式不能采用，所以采用了推力瓦內通水帶走油中熱量的冷卻方式，這種冷卻方式效果頗佳，但對冷卻水的連續性要求極高，若斷水時間達30s，推力瓦溫即達60℃的故障溫度，報警系統就要發出信號，斷水60s，推力瓦就要燒毀。
原機組的推力瓦冷卻系統以3臺各為45kW電動機驅動的水泵(2臺工作，1臺備用)及管路組成，水泵從尾水池中抽水經管路送經推力瓦。這種冷卻系統有如下問題：(1)冷卻水的供應不能與機組的啟動同步；(2)由于通過推力瓦內的冷卻水不能有短時間(30s)的斷流，所以要求機組運行過程中冷卻水泵保證正常運轉供水，但由于水泵機組安裝在陰暗潮濕，環境條件惡劣的球閥層上，故難以保證水泵電機及其控制電氣回路不出故障，水泵本身的機械故障亦難避免，1991年7月某天，水泵電機控制回路出現故障，水泵停轉，冷卻水中斷，推力瓦溫度急劇升高，機組被迫解列，待備用泵投入后才重新并網，嚴重影響機組的安全運行。
1.2 消防供水系統
消防供水系統由2臺各為5.5kW的250-1螺桿泵及管路組成，從尾水池抽水經管路送至消防水池及消火栓。水泵也安裝在球閥層內。
此系統平時不啟動，只在火災發生時投入，由于長期不用，一旦火災突發，能否正常啟動投入很難肯定，所以也不安全、可靠。
1.3 生活供水系統
2臺功率各為11kW的水泵機組安裝在生活區的泵房內，從專用生活井里抽水送至宿舍、食堂。生活用水雖不及機組冷卻用水重要，如遇電網停電、生活用水中斷，會給職工生活帶來不便，特別是夏季酷署期間斷水，職工更是叫苦不迭。
上述三大供水系統共同存在的問題是可靠性差、耗用電能多，又因分散設立，運行管理極不方便。
2 輔助供水系統技術改造方案的實施
針對存在的問題，尋找解決問題的方案，這是進行輔助供水系統技術改造的思路。原冷卻水供應系統存在的先天性缺陷，直接影響著電站的社會效益和經濟效益的發揮，因此解決這個問題是第一位的，所以在1992年，即著手進行供水系統技術改造的第一步。
2.1 頂蓋取水，保證機組冷卻水的供應與機組啟動旋轉的同步
龍溪電站水輪機的轉輪上冠與座環梳齒迷宮雖然間隙僅0.25mm，但由于水頭高、水壓大，經過這道間隙，漏入轉輪上部和頂蓋間的水量不在少數。這就是水輪機的容積損失。為減少這部分漏水對轉輪的壓力——水輪機的軸向力，故制造時在頂蓋上開有排水孔，外接φ50mm的排水管把漏水導入尾水池，只要機組一轉動，排水管即有水排出，這股源源不斷的水流是否可作為機組冷卻的第一水源呢?經分析研究，回答是肯定的。
頂蓋排水壓力有0.8MPa，而冷卻水的額定壓力為0.4～0.6MPa，水壓偏高，但φ50mm的頂蓋排水管接入φ100mm冷卻水總管，擴散減壓后恰能符合冷卻需要；冷卻水的設計流量為120m3/h，這個指標裕度較大，實際上只要有100m3/h的流量即可將推力瓦和發電機的廢熱完全帶走，頂蓋排水流量可達96m3/h，流量要求基本滿足。因此，將頂蓋排水管與機組冷卻系統總管連接，化很少投資就實現了冷卻供水系統的第一步技術改造。
頂蓋取水的實施，實現了冷卻水的供應與機組啟動的同步，消除電網無電饋送機組無法啟動的致命缺陷，還機組啟動靈活、并網快捷的本來優點。但是，當機組解列停機，導水葉完全關閉時，頂蓋排水也即消失，然而機組因慣性作用在繼續旋轉，這時仍需冷卻水的供應。為此，必須啟動水泵供水，若遇網路無電或水泵故障，冷卻水無法供應，推力瓦也將被燒毀。夏季酷署，瓦溫偏高也要啟動水泵以補充頂蓋來水的不足，所以頂蓋排水作為冷卻水還不能完全解決問題，為此必須實施電站輔助供水技術改造的第二步。
2.2 隧洞取水，徹底解決冷卻、消防、生活用水
龍溪電站廠房左側的何印溪，上游雖被龍溪水庫攔河大壩截斷，但從堆石壩內流出的滲漏水(技術上允許)不間斷地向下游流淌，水質清凈，流量穩定，在該溪段上，與電站廠房地面相對高程110.00m處筑一蓄水堰壩(堰壩與主壩間有區間集雨面積1.5km2)，攔截主壩滲漏水和區間來水，在堰壩上游左側掘隧洞，把水引至廠房附近。隧洞直徑為2m，長為400m，可儲水1200多m3，在隧洞的出口，引出兩條輸水鋼管，φ150mm的一條與冷卻和消防總管連接，φ80mm的一條向生活區供水。隧洞引水壓力高達1.1MPa，高于0.4～0.6MPa的冷卻用水額定壓力，為不使冷卻器銅管和推力瓦進水皮管因水壓力過高而破裂，電站自行設計，利用一只閑置的儲氣罐制成一套減壓安全裝置，使隧洞來水壓力降至冷卻水額定壓力，在冷卻水總閥關閉時，安全裝置能自動開啟排水，消除管路內的涌浪現象。
隧洞取水的根本技術意義在于保持了電站輔助供水的連續性和可靠性，頂蓋排水作為冷卻用水的第一水源，隧洞取水只是作為頂蓋來水短期不足的補充，停機時的冷卻用水和生活用水。每天從隧洞取用的水量不超過160m3，而堆石壩滲漏水和區間來水平均日水量可超過200m3，豐水期間更是充裕，所以隧洞的存水常年保持盈滿狀態。
隧洞取水的完成，宣告了水泵供水系統的徹底被淘汰，原三大獨立、分散的供水系統合為一體，輔助供水系統再無故障之患。
3 輔助供水系統技術改造的效益
100%保證了機組啟動、運轉、停機全過程的冷卻用水。
隧洞取水與頂蓋取水相結合作為輔助供水，取消了水泵供水方式，年可節約廠用電24萬kW．h，此項為電站增加年純收入10余萬元。因水泵取消，節約的維修費也達1.5萬元以上。
原冷卻水供水系統由于可靠性差，推力瓦燒毀現象不可避免，每燒瓦一次，僅修復費用即達5.5萬元，還不包括停電造成的損失，若處豐水期間，必造成大量棄水，損失更大，改造后，可根本消除。
由于取消了水泵供水方式，再無須投入人力維修、保養，減輕了職工勞動程度。廠房內的噪音明顯降低，運行工作環境條件有了改善。
常規的電站輔助供水系統的水源設計方案是，高水頭電站從尾水池中取水，低水頭電站從壓力管中取水，改造后的龍溪電站輔助供水的水源來自頂蓋排水和自然來水，新拓出常規設計以外的第三、第四水源，投資省，不費廠用電，且安全可靠，是否可作為水電站設計部門今后設計時的借鑒，可以商榷。
作者簡介：范金道，男，46歲，高級工程師。
作者單位：浙江省天臺縣水利水電局，天臺縣，317200
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